解析癌症抗原Mesothelin与治疗性抗体互作结构新进展：为抗体疗法精准设计奠定原子级蓝图

《Antibody Therapeutics》：Recent Advances in Structural Investigations of Cancer Antigen Mesothelin and Its Interactions with Therapeutic Antibodies

为解决MSLN肿瘤靶向治疗中“抗原遮蔽”与“脱靶毒性”双重瓶颈，NIH团队系统解析MSLN全长及片段与6种mAb、VH、ADC复合物晶体结构，首次描绘9层α-螺旋转角螺旋“J”形骨架、糖基化位点及5大非重叠表位图谱，提出“膜近端-双表位-SED”优化策略，为下一代高渗透、长半衰、抗脱落型抗体药物提供可直接落地的原子坐标。

　　

论文解读

当免疫治疗把“冷肿瘤”烧热，一个常被忽视的“隐形刹车”却悄悄踩下——肿瘤细胞脱落的可溶性间皮素（soluble mesothelin, sMSLN）像诱饵般把抗体引开，让真正锚定在膜上的靶点逃过追杀。更棘手的是，MSLN在正常胸膜、腹膜仅有微弱表达，却在>90%胰腺导管腺癌、几乎100%上皮样间皮瘤表面高挂，这种“高肿瘤-低正常”的分布令其成为理想靶标，却又因缺乏明确生理功能与结构信息，让药物设计长期“盲打”。过去十余年，针对MSLN的单抗、免疫毒素、ADC、CAR-T轮番进入临床，却屡被“稳定疾病”天花板拦截：MORAb-009（amatuximab）Ⅱ期联合化疗仅将中位生存延长1.8个月；SS1P免疫毒素因脱落抗原中和而疗效受限。结构信息的空白，使研究者无法回答“为何多数抗体扎堆N端”“糖基化会否阻碍结合”“如何规避脱落抗原”三大关键问题。

为填补这一空白，美国国家癌症研究所（NCI）Jingyu Zhan、Di Xia领衔，联合Mitchell Ho、Ira Pastan两大实验室，对MSLN展开“从原子到功能”的系统性结构解析。论文2025年2月在线发表于《Antibody Therapeutics》。

关键技术方法
利用昆虫细胞-HEK293双表达体系制备全长及片段MSLN；通过E. coli包涵体复性获得可溶MSLN-207；采用分子置换（MR）与单波长反常散射（SAD）解析11套晶体结构；结合表面等离子共振（SPR）测定亲和力；以糖蛋白组学鉴定临床样本与细胞系N-糖链；借助Rosetta/AlphaFold进行AI结构预测比对。

研究结果

1. 游离态MSLN全长及片段结构

• 2.09 ? MSLN-207片段揭示17条短α-螺旋围成右手超螺旋，分A-C三亚域，两对保守二硫键（C302-C326、C442-C468）锁定N端构象。
• 3.61 ? fl-MSLN-245覆盖K299-L543，追加4条螺旋形成D亚域，整体呈“J”形，糖基化位点N388、N488、N515均位于凸面，与ARM-HEAT重复单元交替排列。

2. MSLN与多种治疗性抗体复合物结构

• MORAb-009 Fab：结合N端A亚域，埋表面积1918 ?^{，F317插入重链疏水口袋；全长亲和5 nM，片段升至25 nM，提示B亚域额外贡献。}
• 3C9 VH二聚体：两个VH通过β-链互换形成双表位钳，埋表2270 ?^{，Y346/Y374为疏水核心；突变Y346A可完全阻断结合。}
• 1A12 Fab：靶向C端D亚域，埋表1142 ?^{，与MORAb-009无空间冲突，可构建双特异抗体。}
• anetumab scFv：横跨ARM-5至C-cap，埋表1170 ?^{，与1A12序列重叠但3D分离，为“同区异面”提供范例。}
• 15B6 Fab：锁定脱落区582-598线性表位，埋表1528 ?^{，H键网络屏蔽蛋白酶切割位点。}

3. 结构特征与免疫原性

• N端A亚域因二硫键与ARM-1/2紧密堆积，构象最稳定，成为免疫显性区；C端柔性递增，抗体需“诱导契合”。
• 表面能量密度（SED=ΔG/BSA）分析显示，N端抗体以低SED、大BSA取胜；C端抗体靠高SED、小BSA补偿，为亲和力成熟提供定量指标。

4. 糖基化图谱

• 昆虫细胞表达MSLN呈paucimannosidic型；人源A431/H9细胞及患者腹水样本为复杂型、高唾液酸化。糖链不直接参与抗体接触，但可影响电荷分布与CA125结合。

5. MSLN-CA125相互作用结构基础

• 2.65 ? MSLN-64/SEA10融合蛋白揭示W321、Y318、E324三残基主导头尾相连二聚体，界面<900 ?^{；提示多价SEA重复可通过亲合力实现nM级结合。}

结论与讨论
该研究首次将MSLN从“功能黑箱”推进至“原子可操作”阶段：

1. 提供覆盖96%序列的实验结构模型，确立ARM-HEAT超螺旋为药物设计骨架；
2. 划定5大非重叠表位（N端-A、双表位-A/B、中腰-C、C端-D、脱落 tail），为双/三特异抗体、膜近端CAR-T提供“GPS坐标”；
3. 揭示脱落抗原的“屏蔽”策略——15B6模式可直接阻断蛋白水解，为克服微环境诱饵提供新思路；
4. 建立BSA-SED线性标尺，使后续抗体工程从“试错”走向“定量理性”；
5. 阐明糖基化不遮挡主要表位，解除开发人源化抗体时对“去糖”改造的顾虑。

随着MSLN结构蓝图的完整呈现，下一代高渗透VH-Fc-ADC、三特异HPN536、纳米抗体A101等已按图索骥进入临床前或Ⅰ期研究。未来若将“膜近端+双表位+抗脱落”三大要素整合，MSLN靶向治疗有望突破“稳定疾病”天花板，真正步入“深度缓解”时代。